JP4521257B2 - Heat treatment method and heat treatment apparatus - Google Patents
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本発明は,鋼材の熱処理方法及び熱処理装置に関する。 The present invention relates to a heat treatment method and a heat treatment apparatus for steel.
鋼材の熱処理では雰囲気制御が重要であり,かかる雰囲気制御は,熱処理雰囲気のCP(カーボンポテンシャル)を制御することによって行われる。 Atmosphere control is important in heat treatment of steel materials, and such atmosphere control is performed by controlling the CP (carbon potential) of the heat treatment atmosphere.
従来,鋼材の浸炭熱処理において,CPに基づいてエンリッチガス(CmHnガス)の供給量を制御することによりCPを一定の値に安定させる方法が開示されている(例えば,特許文献1参照)。また,比例制御,PID制御などのフィードバック制御によってCPを安定させる方法が開示されている(例えば,特許文献2参照)。 Conventionally, in carburizing heat treatment of steel materials, a method has been disclosed in which CP is stabilized at a constant value by controlling the supply amount of enriched gas (CmHn gas) based on CP (see, for example, Patent Document 1). Further, a method for stabilizing CP by feedback control such as proportional control and PID control is disclosed (for example, see Patent Document 2).
しかしながら,従来の熱処理炉にあっては,被処理体を搬入出するときに,炉の開口を開くと,炉内に空気が侵入して,CPが大きく減少するため,制御応答(CP)がオーバーシュートする問題があった。さらに,制御応答が不安定になってハンチングが起こったり,目標値になるまでに時間がかかったりすることがあった。 However, in the conventional heat treatment furnace, when the workpiece is loaded and unloaded, if the opening of the furnace is opened, air enters the furnace and CP is greatly reduced. There was a problem of overshoot. In addition, the control response may become unstable, causing hunting, and it may take some time to reach the target value.
本発明の目的は,CPが大きく減少しても,CPを目標値に安定して回復させることができる熱処理方法及び熱処理装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a heat treatment method and a heat treatment apparatus capable of stably recovering CP to a target value even when CP is greatly reduced.
上記課題を解決するために,本発明によれば,炉内にエンリッチガスを供給し,前記炉内で被処理体を熱処理する熱処理方法であって,炉内のカーボンポテンシャルに基づいて前記エンリッチガスの供給流量を操作することにより,カーボンポテンシャルをフィードバック制御し,炉の開口を開いているとき,及び,炉の開口を閉じてから炉内のカーボンポテンシャルが目標値になるまでまたは所定時間の間は,前記フィードバック制御を停止させ,前記フィードバック制御を停止させる直前におけるエンリッチガスの供給流量を維持し,炉の開口を閉じてから炉内のカーボンポテンシャルが目標値になったらまたは所定時間経過したら,前記フィードバック制御を行うことを特徴とする,熱処理方法が提供される。 In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, there is provided a heat treatment method for supplying an enriched gas into a furnace and heat-treating an object to be treated in the furnace, wherein the enriched gas is based on a carbon potential in the furnace. By controlling the supply flow rate, the carbon potential is feedback-controlled, and when the furnace opening is open, and after the furnace opening is closed until the carbon potential in the furnace reaches the target value or for a predetermined time. Stops the feedback control, maintains the supply flow rate of the enriched gas immediately before stopping the feedback control, and when the carbon potential in the furnace reaches the target value after closing the furnace opening or when a predetermined time has elapsed, There is provided a heat treatment method characterized by performing the feedback control.
前記開口は,被処理体を炉内に搬入するための搬入口であって,前記炉の搬入口を閉じた状態で,前記炉の搬入口の外側に設けた搬入室の入口を開き,被処理体を搬入室に搬入し,前記搬入室の入口を閉じた後,前記炉の搬入口を開いて被処理体を炉内に搬入することとしても良い。 The opening is a carry-in port for carrying the object to be processed into the furnace, and with the carry-in port of the furnace closed, the entrance of the carry-in chamber provided outside the carry-in port of the furnace is opened, It is good also as carrying in a to-be-processed object into a furnace by opening a carrying-in entrance of the said furnace after opening a to-be-processed body into a carrying-in chamber and closing the entrance of the said carrying-in chamber.
前記開口は,被処理体を炉内から搬出するための搬出口であって,前記炉の搬出口の外側に設けた油槽室の出口を閉じた状態で,前記炉の搬出口を開き,被処理体を前記油槽室に搬入し,前記炉の搬出口を閉じた後,前記油槽室の出口を開いて被処理体を前記油槽室から搬出することとしても良い。 The opening is a carry-out port for carrying out the object to be processed out of the furnace, and with the oil tank chamber outlet provided outside the furnace carry-out port closed, the carry-out port of the furnace is opened, It is good also as carrying out a to-be-processed object from the said oil tank chamber by opening the exit of the said oil tank chamber after opening a process body in the said oil tank chamber and closing the carrying-out port of the said furnace.
前記フィードバック制御は,PID制御であっても良い。また,炉内に存在する被処理体の表面積が多いほど,前記エンリッチガスの最大供給流量を多くするようにしても良い。 The feedback control may be PID control. Further, the maximum supply flow rate of the enriched gas may be increased as the surface area of the object to be processed existing in the furnace increases.
また,本発明によれば,炉内にエンリッチガスを供給し,前記炉内で被処理体を熱処理する熱処理装置であって,炉内のカーボンポテンシャルに基づいて前記エンリッチガスの供給路に設けられた流量調整弁の開度を調節する調節器を備えるとともに,前記カーボンポテンシャルをフィードバック制御するフィードバック制御系が構成され,前記調節器は,炉の開口を開いているとき,及び,炉の開口を閉じてから炉内のカーボンポテンシャルが目標値になるまでまたは所定時間の間は,前記調節器の調節を停止させ,炉の開口を閉じてから炉内のカーボンポテンシャルが目標値になったらまたは所定時間経過したら,前記調節器の調節を行い,前記流量調整弁は,前記調節器の調節を停止している間,前記調節器の調節を停止させる直前における開度を維持することを特徴とする,熱処理装置が提供される。 According to the present invention, there is also provided a heat treatment apparatus for supplying an enriched gas into a furnace and heat-treating an object to be treated in the furnace, wherein the enriched gas is provided in the enriched gas supply path based on a carbon potential in the furnace. And a feedback control system for feedback control of the carbon potential is configured, and the regulator controls the opening of the furnace and the opening of the furnace. The adjustment of the regulator is stopped until the carbon potential in the furnace reaches the target value after the closing or for a predetermined time, and the carbon potential in the furnace reaches the target value after the furnace opening is closed or the predetermined value. When the time has elapsed, the controller is adjusted, and the flow control valve is in a state immediately before the controller is stopped while the controller is stopped. It takes and maintains the opening degree, the heat treatment apparatus is provided.
前記開口は,被処理体を炉内に搬入するための搬入口であって,前記炉の搬入口の外側に,搬入室を設けても良い。前記開口は,被処理体を炉内から搬出するための搬出口であって,前記炉の搬出口の外側に,油槽室を設けても良い。前記フィードバック制御は,PID制御であっても良い。 The opening is a carry-in port for carrying the workpiece into the furnace, and a carry-in chamber may be provided outside the carry-in port of the furnace. The opening is a carry-out port for carrying out the object to be processed out of the furnace, and an oil tank chamber may be provided outside the carry-out port of the furnace. The feedback control may be PID control.
本発明によれば,炉の開口を開いたときはフィードバック制御を停止して,エンリッチガスの供給流量を一定にすることにより,CPが不安定になることを防止でき,また,CPの目標値に迅速に回復させることができる。複雑な制御の設定を行うことなく,簡単にCPの安定を図ることができる。炉内に存在する被処理体の表面積に応じてエンリッチガスの最大供給流量を変化させることにより,浸炭深さを適切にすることができる。 According to the present invention, when the furnace opening is opened, the feedback control is stopped and the supply flow rate of the enriched gas is made constant to prevent the CP from becoming unstable. Can be quickly recovered. CP can be easily stabilized without complicated control settings. The carburization depth can be made appropriate by changing the maximum supply flow rate of the rich gas in accordance with the surface area of the object to be processed existing in the furnace.
以下,本発明の好ましい実施の形態を図面を参照にして説明する。図1に示すように,本発明にかかる熱処理方法としての浸炭処理方法を実施する熱処理装置としての浸炭処理装置1は,鋼材品である被処理体2の熱処理を行う熱処理炉3を備えている。熱処理炉3の前方(図1において左方)には,搬入室5が設けられている。熱処理炉3の後方(図1において右方)には,油槽室6が設けられている。熱処理炉3内には,予熱室11,浸炭室12,拡散室13,降温室14,均熱室15が,後方に向かってこの順に設けられている。予熱室11,浸炭室12,拡散室13,降温室14,均熱室15内の雰囲気は,互いに連通した状態になっている。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, a
搬入室5には,被処理体2を搬入室5内に搬入するための入口21が形成されており,入口21を開閉する扉22が設けられている。また,搬入室5の上部には,エキセス23が備えられている。
In the carry-in chamber 5, an
熱処理炉3の前部には,被処理体2を搬入室5から熱処理炉3に搬入するための開口としての搬入口31が形成され,搬入口31を開閉する扉32が設けられている。前述した搬入室5は,搬入口31の外側に設けられており,搬入口31を介して熱処理炉3と連通するようになっている。扉32には,孔32aが設けられている。熱処理炉3の後部には,被処理体2を熱処理炉3から搬出して油槽室6に搬入するための開口としての搬出口33が形成され,搬出口33を開閉する扉34が設けられている。前述した油槽室6は,搬出口33の外側に設けられており,搬出口33を介して熱処理炉3と連通するようになっている。扉34には,孔34aが設けられている。
At the front part of the heat treatment furnace 3, a carry-in
熱処理炉3内の下部には,被処理体2を搬入口31から搬出口33に向かって搬送するローラコンベア35が設けられている。被処理体2は,ローラコンベア35によって予熱室11,浸炭室12,拡散室13,降温室14,均熱室15を順に通過するように搬送される。
A
また,熱処理炉3には,エンリッチガスとして例えば都市ガスなどを供給するエンリッチガス供給回路41,RXガス(COガス)供給回路42,空気を供給する空気供給回路43,及び,窒素(N2)ガス供給回路44が接続されている。
Further, the heat treatment furnace 3 includes an enrich
エンリッチガス供給回路41は,浸炭室12にエンリッチガスを供給する供給路52,拡散室13にエンリッチガスを供給する供給路53,及び,均熱室15にエンリッチガスを供給する供給路55を備えている。供給路52,53,55には,流量調整弁62,63,65がそれぞれ介設されている。流量調整弁62,63,65は,調節器68の出力信号によって開度が調節されるようになっている。
The enrich
RXガス供給回路42は,予熱室11にRXガスを供給する供給路71,浸炭室12にRXガスを供給する供給路72,拡散室13にRXガスを供給する供給路73,及び,均熱室15にRXガスを供給する供給路75を備えている。空気供給回路43は,予熱室11に空気を供給する供給路81,浸炭室12に空気を供給する供給路82,及び,降温室14に空気を供給する供給路84を備えている。窒素ガス供給回路44は,予熱室11に窒素ガスを供給する供給路91,浸炭室12に窒素ガスを供給する供給路92,及び,降温室14に窒素ガスを供給する供給路94を備えている。
The RX
予熱室11,浸炭室12,拡散室13,降温室14,均熱室15の上部には,炉内雰囲気を攪拌するファン100がそれぞれ備えられている。また,図示はしないが,予熱室11,浸炭室12,拡散室13,降温室14,均熱室15において,ローラコンベア35の両側には,ヒータが設けられている。浸炭室12,拡散室13,及び,均熱室15には,酸素(O2)センサ101,102,103がそれぞれ設けられている。酸素センサ101,102,103の検出値は,調節器68に送信されるようになっている。
Above the
調節器68は,酸素センサ101,102,103の検出値に基づいて,浸炭室12,拡散室13,均熱室15における各CPを計算する機能を有し,また,浸炭室12,拡散室13,均熱室15内の各CPに基づいて流量調整弁62,63,65の各開度をそれぞれ調節するPID(比例・積分・微分)調節計の機能を有する。即ち,調節器68は,計算により求めた浸炭室12,拡散室13,均熱室15内の各CPをそれぞれの目標値と比較し,各CPがそれぞれ目標値になるように,流量調整弁62,63,65の各操作量を求め,流量調整弁62,63,65に対して操作信号を送信する。そして,調節器68の操作信号に応じて流量調整弁62,63,65の開度がそれぞれ調節され,これにより,供給路52,53,55からの各エンリッチガス供給流量がそれぞれ調節される。即ち,酸素センサ101,調節器68及び流量調整弁62を備えたフィードバック制御系としてのPID制御系105と,酸素センサ102,調節器68及び流量調整弁63を備えたフィードバック制御系としてのPID制御系106と,酸素センサ103,調節器68及び流量調整弁65を備えたフィードバック制御系としてのPID制御系107とが構成されており,浸炭室12におけるCPはPID制御系105によって制御され,拡散室13におけるCPはPID制御系106によって制御され,均熱室15におけるCPはPID制御系107によって制御されるようになっている。
The
油槽室6の下部には,油槽115が備えられている。また,被処理体2を油槽室6内から搬出するための出口116が形成されており,出口116を開閉する扉117が設けられている。また,油槽室6の上部には,エキセス118が備えられている。
An
なお,熱処理炉3内の雰囲気は,扉32の孔32a,扉34の孔34aを介して搬入室5及び油槽室6に流入して,エキセス23,118から排気されるようになっている。熱処理炉3内の炉圧は,エキセス23,118の開度を制御することにより制御されるようになっている。
The atmosphere in the heat treatment furnace 3 flows into the carry-in chamber 5 and the
また,浸炭処理装置1には,浸炭処理装置1における工程を制御するシーケンサ120が備えられている。前述した調節器68は,シーケンサ120にネットワーク等を介して接続されている。シーケンサ120は,浸炭処理装置1の状態に応じて,調節器68に対してPID調節を中止させたり,再開させたりする命令を送信することができる。例えば,熱処理炉3の搬入口31や搬出口33を開いたとき,シーケンサ120は,調節器68に対してPID調節を停止させる命令を与える。これにより,PID制御系105,106,107の各PID制御が停止されるようになっている。
In addition, the
図2は,搬入室5の入口21及び油槽室6の出口116を閉じた状態で搬入口31及び搬出口33を開いたときの,熱処理炉3内の圧力の変化を示している。図3及び図4は,そのときの浸炭室12におけるCPの変化,供給路52からのエンリッチガスの供給流量の変化をそれぞれ示している。搬入室5の入口21及び油槽室6の出口116を閉じた状態で,熱処理炉3の搬入口31又は搬出口33が開きはじめると(図2においてS1),搬入室5内又は油槽室6内の低温の雰囲気が熱処理炉3内からの輻射熱によって加熱されて急激に膨張し,図2に示すように,熱処理炉3内の圧力が上昇する。その後,搬入口31又は搬出口33が閉まりはじめると(図2においてS2),熱処理炉3内の圧力が急激に下降する。搬入口31又は搬出口33が閉じられると(図2においてS3),熱処理炉3内の圧力が下降し続けた後,熱処理炉3の外部から空気が吸い込まれる。そのため,図3に示すように,浸炭室12内のCPが急激に下降する。このようにCPが急激に減少するときに,PID制御系105のPID制御をそのまま継続すると,図4において一点鎖線で示すように,供給路52からのエンリッチガスの供給流量を急激に増加させるように制御され,図3において一点鎖線で示すように,浸炭室12のCPがオーバーシュートする。そして,CPが不安定になってハンチングが起こったり,目標値になるまでに時間がかかったりするなどの問題が生じて,制御が良好に行われなくなる。これに対し,浸炭室12のCPが急激に減少するときに,PID制御系105のPID制御を停止させると,CPが不安定に変化することはない。図4において実線で示すように,エンリッチガス供給流量を一定の値に維持して供給すると,図3において実線で示すように,CPが徐々に上昇して,CPの目標値に近づく。そして,浸炭室12のCPがほぼ目標値に達した後に,PID制御系105のPID制御を再開させれば,CPが不安定になるおそれはない。また,PID制御を継続させた場合と比較して,CPを目標値に早く回復させることができる。以上のような理由により,シーケンサ120は,熱処理炉3の搬入口31や搬出口33を開く命令を与えると同時に,調節器68に対してPID調節を停止させる命令を与え,PID制御系105のPID制御を停止させ,浸炭室12のCPが不安定に変化することを防止するようになっている。同様に,搬入口31や搬出口33を開くとき,PID制御系106,107のPID制御を停止させ,拡散室13,均熱室15の各CPが不安定に変化することを防止して,目標値に早く回復できるようにしている。
FIG. 2 shows changes in pressure in the heat treatment furnace 3 when the
なお,シーケンサ120の命令に従って調節器68がPID調節を停止させると,流量調整弁62,63,65では,PID調節を停止させる直前における流量調整弁62,63,65の開度がそのまま維持されるようになっている。即ち,供給路52,53,55からの各エンリッチガス供給流量が,PID制御系105,106,107によるPID制御を停止させる直前の値にそれぞれ維持されるようになっている。
When the
また,調節器68は,シーケンサ120の命令に従ってPID調節を停止させた後,搬入口31又は搬出口33が開閉されてから暫く時間が経過したら,PID調節を行うようになっている。即ち,調節器68は,搬入口31と搬出口33を開いているとき,及び,搬入口31と搬出口33を閉じてから浸炭室12,拡散室13,均熱室15の各CPが目標値になるまでまたは所定時間の間は,PID調節を停止させ,搬入口31と搬出口33を閉じてから浸炭室12,拡散室13,均熱室15の各CPが目標値になったら,PID調節を再開するようになっている。これにより,PID調節を再開したとき,各CPを安定して制御することができる。なお,PID調節を再開させるタイミングについては,例えば搬入口31及び搬出口33を閉じて浸炭室12,拡散室13,均熱室15の各CPが下がった後にそれぞれの目標値に近づくまでの平均的な時間を例えば所定時間として,実験により予め確認しておき,浸炭室12,拡散室13,均熱室15の各CPが回復したらPID調節が開始されるように設定すれば良い。例えば,PID調節を停止させてから所定時間が経過したら自動的にPID調節を再開させるように,調節器68の設定を行っても良い。また,搬入口31及び搬出口33が閉じられたら,シーケンサ120から調節器68に対して,PID調節を再開させる信号が送信され,その信号を受信してから所定時間が経過したら,調節器68がPID調節を自動的に再開させるように設定しても良い。なお,所定時間とは,前述したCPが目標値に近づくまでの平均的な時間には限定されない。各CPの目標値は,CPの目標値そのものでもよいが,CP目標値に近い値でも良い。例えば具体的には,CPの目標値より±0.25%程度の値,±0.1%程度の値,±0.05%程度の値等である。また,PID制御を再開させるタイミングは,前述のように予め所定時間を設定することにより決めておいても良いが,その他,例えば,調節器68で検出した各CPの計測値が目標値又は目標値に近い値に達したときに,調節器68が自動的にPID調節を再開させるように設定しても良い。
The
次に,以上のように構成された浸炭処理装置1を用いた被処理体2の浸炭処理工程について説明する。
Next, the carburizing process of the to-
先ず,未だ処理されていない被処理体2を搬入する前の浸炭処理装置1では,熱処理炉3内で先に搬入された複数の被処理体2が処理されている。予熱室11,浸炭室12,拡散室13,降温室14,均熱室15での炉内雰囲気の組成,温度,圧力等は,それぞれ所望の値に調節された状態になっている。RXガスは,RXガス供給回路42の供給路72,73,75から,それぞれ一定の供給流量で供給されている。エンリッチガスは,PID制御系105,106,107によって供給流量が調節されながら,エンリッチガス供給回路41の供給路52,53,55から熱処理炉3内に供給されている。調節器68は,酸素センサ101,102,103の検出値に基づいて浸炭室12,拡散室13,均熱室15の各CPを計算し,流量調整弁62,63,65の各開度を操作している。こうしてエンリッチガス供給流量が調節されることにより,浸炭室12,拡散室13,均熱室15の各CPが,ほぼ所定の目標値に維持されている。なお,浸炭室12のCPの目標値は,例えば約1.0%程度であり,拡散室13のCPの目標値は,例えば約0.8%程度であり,均熱室15のCPの目標値は,例えば約1.0%程度である。また,熱処理炉3内の雰囲気は,扉32の孔32a,扉34の孔34aを介して搬入室5及び油槽室6に流入して,エキセス23,118から排気されており,熱処理炉3内の炉圧は,例えば約8mmAq程度に調節されている。さらに,熱処理炉3内の雰囲気は,図示しないヒータによって加熱されており,例えば,予熱室11の温度は約930℃程度,浸炭室12の温度は約930℃〜950℃程度,拡散室13の温度は約930℃〜950℃程度,降温室14の温度は約930℃〜850℃程度,均熱室15の温度は約850℃程度に調節されている。
First, in the
このように熱処理炉3内の雰囲気が調整されている状態において,搬入室5の入口21を開いて,被処理体2を搬入室5に搬入する。搬入室5の入口21を開くときは,熱処理炉3の搬入口31は閉じたままにしておく。搬入室5に被処理体2を搬入したら,搬入室5の入口21を閉じる。
Thus, in the state where the atmosphere in the heat treatment furnace 3 is adjusted, the
次に,熱処理炉3の搬入口31を開いて被処理体2を搬入室5から熱処理炉3内へ移動させると同時に,搬出口33を開いて均熱室15での処理が終了した被処理体2を熱処理炉3内から油槽室6に移動させるが,搬入口31及び搬出口33を開きはじめる直前に,シーケンサ120から調節器68に対して,PID調節を停止させる命令が送信される。これにより,調節器68がPID調節を停止させ,PID制御系105,106,107の各PID制御が停止する。調節器68がPID調節を停止させると,流量調整弁62,63,65では,PID調節を停止させる直前における開度がそのまま維持される。即ち,エンリッチガス供給回路41の供給路52,53,55からの各エンリッチガス供給流量が,PID調節を停止させる直前の,一定の値にそれぞれ維持される。
Next, the
扉32,34を上昇させ始め,搬入口31及び搬出口33を開きはじめると(図2においてS1),熱処理炉3内からの輻射熱によって,搬入室5内の雰囲気と油槽室6内の雰囲気が昇温される。搬入口31及び搬出口33を開くとき,搬入室5の入口21,油槽室6の出口116は閉じられており,搬入室5内の雰囲気と油槽室6内の雰囲気が急激に膨張するので,熱処理炉3内の雰囲気が加圧される。
When the
熱処理炉3の搬入口31,搬出口33を開いたら,搬入口31を介して被処理体2を搬入室5から熱処理炉3へ搬入させ,また,均熱室15での処理が終了した被処理体2を,搬出口33を介して熱処理炉3から油槽室6へ搬出させる。その後,扉32,34を下降させて搬入口31及び搬出口33を閉じる。扉32,34を降ろし始め,搬入口31又は搬出口33が閉まりはじめると(図2においてS2),熱処理炉3内の圧力が急激に下降する。搬入口31又は搬出口33が閉じられ(図2においてS3),その後も,熱処理炉3内の圧力が下降し続ける。そして,搬入口31及び搬出口33を開く前の圧力よりも低下し,熱処理炉3の外部よりも負圧になる。すると,扉32の孔32a,扉34の孔34a等を介して,外部から熱処理炉3内に空気が吸い込まれはじめ,熱処理炉3内の圧力が上昇し始める。熱処理炉3内に空気が侵入することにより,図3に示すように,浸炭室12内のCPが,目標値に対して大幅に下降する。同様に,拡散室13,均熱室15の各CPも,それぞれの目標値に対して大幅に下降する。このように熱処理炉3内のCPが減少する間,PID制御系105によるPID制御は停止されており,図4に示すように,供給路52からエンリッチガスがそれぞれ一定の流量で供給されている。そして,熱処理炉3内の圧力が回復して空気が吸い込まれなくなると,図3において実線で示すように,浸炭室12のCPが,オーバーシュートすることなく安定的に目標値に近づく。同様に,熱処理炉3内のCPが減少する間,PID制御系106,107によるPID制御が停止され,供給路53,55からエンリッチガスがそれぞれ一定の流量で供給されることにより,拡散室13,均熱室15の各CPが安定的にそれぞれの目標値に近づく。この場合,PID制御系105,106,107のPID制御を継続させた場合と比較して,浸炭室12,拡散室13,均熱室15の各CPを目標値に早く回復させることができる。また,各CPが不安定になってハンチングが起こるおそれがなく,各CPを安定した状態で回復させることができる。
When the carry-in
調節器68は,PID調節を停止させてから暫く時間が経過したら,再びPID調節を開始する。調節器68がPID調節を開始するとき,酸素センサ101,102,103の検出値に基づいて計算された各CPは,ほぼ目標値に近い値になっているので,PID制御系105,106,107による制御応答が不安定になったりハンチングが起こったりするおそれはなく,浸炭室12,拡散室13,均熱室15の各CPを,それぞれの目標値に安定させることができる。
The
こうして,熱処理炉3内の圧力やCP等が調節されながら,被処理体2が順次処理される。熱処理炉3内に搬入された被処理体2は,ローラコンベア35に載せられ,ローラコンベア35の駆動によって予熱室11,浸炭室12,拡散室13,降温室14,均熱室15に順次通過させられ,予備加熱,浸炭処理,拡散処理,降温,均熱処理が順次行われる。
In this way, the object to be processed 2 is sequentially processed while adjusting the pressure in the heat treatment furnace 3, the CP, and the like. The object to be processed 2 carried into the heat treatment furnace 3 is placed on a
なお,被処理体2を予熱室11から浸炭室12に移動させるとき,浸炭室12から拡散室13に移動させるとき,拡散室13から降温室14に移動させるとき,及び,降温室14から均熱室15に移動させるときには,熱処理炉3の搬入口31,搬出口33がその都度開かれ,新たな被処理体2が搬入室5から予熱室11に搬入されると同時に,均熱室15での処理が終了した被処理体2が油槽室6に搬出されて,搬入口31,搬出口33が閉じられる。こうして,予熱室11,浸炭室12,拡散室13,降温室14,均熱室15に被処理体2が連続して供給され,連続して処理されるようになっている。これらのときも,搬入口31及び搬出口33を開く直前に,その都度シーケンサ120から調節器68に対して,PID調節を停止させる命令が送信され,PID制御系105,106,107の各PID制御が一時停止させられるようになっている。そして,供給路52,53,55からエンリッチガスがそれぞれ一定の流量で供給され,熱処理炉3内のCPが目標値になったらまたは所定時間が経過すると,PID制御系105,106,107によるPID制御が再び開始される。従って,CPを安定した状態で早く回復させることができるので,予熱室11,浸炭室12,拡散室13,降温室14,均熱室15における各処理が良好に行われる。
It should be noted that the
均熱室15での均熱処理が終了したら,熱処理炉3の搬出口33を開いて被処理体2を熱処理炉3から油槽室6へ移動させる。前述したように,搬出口33を開くときは,油槽室6の出口116は閉じておく。被処理体2を熱処理炉3から油槽室6へ搬入したら,搬出口33を閉じる。そして,油槽室6において,油槽115に浸漬させて油焼き入れを行い,油槽115から引き上げた後,出口116を開いて搬出させる。なお,出口116を開くときは,熱処理炉3の搬出口33は閉じた状態にしておく。以上のようにして,浸炭処理装置1における一連の処理が終了する。
When the soaking process in the soaking
かかる浸炭処理方法及び浸炭処理装置1によれば,熱処理炉3の搬入口31又は搬出口33を開いているとき,及び,熱処理炉3の搬入口31又は搬出口33を閉じてから熱処理炉3内のCPが目標値になるまでまたは所定時間の間は,PID制御系105,106,107による各PID制御を停止させ,各PID制御を停止させる直前における供給路52,53,55からのエンリッチガスの供給流量を維持することにより,熱処理炉3内のCPが不安定に変化せず,CPを目標値に早く回復させることができる。そして,搬入口31又は搬出口33を閉じてから,熱処理炉3内のCPが目標値になったらまたは所定時間経過が経過したら,PID制御系105,106,107による各PID制御を行うことにより,CPの制御を安定した状態で行うことができる。従って,熱処理炉3における被処理体2の処理が良好に行われ,処理の信頼性を向上させることができる。複雑な制御の設定を行うことなく,簡単にCPの制御の安定化を図ることができる。
According to the carburizing treatment method and the
以上,本発明の好適な実施の形態の一例を示したが,本発明はここで説明した形態に限定されない。例えば,本実施の形態においては,PID制御系105,106,107によってPID制御が行われることとしたが,その他のフィードバック制御によってCPを制御することとしても良い。例えば,調節器68はPI(比例・積分)調節計の機能を有することとし,浸炭室12,拡散室13,均熱室15における各CPは,酸素センサ101,102又は103,調節器68,流量調整弁62,63又は65によって構成されたフィードバック制御系としてのPI制御系によってそれぞれ制御されることとしても良い。
Although an example of a preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the embodiment described here. For example, in this embodiment, the PID control is performed by the
エンリッチガスの最大供給流量は,通常,熱処理炉3内に収納可能な最大個数の被処理体2が存在している状態に基づいて設定されているが,この場合,熱処理炉3内に存在する被処理体2の個数が少ないときなど,被処理体2の表面積の合計が少ないときに,炭素が過剰に供給されて浸炭深さが深くなりすぎる問題がある。また,本実施の形態では,酸素センサ101,102,103の検出値に基づいてCPを求めるようにしたが,この場合,エンリッチガスの供給流量が浸炭される炭素の量と比較して多いと,酸素センサ101,102,103の検出値に基づいて計算されたCPの信頼性が低下する問題がある。そこで,図5に示すように,熱処理炉3内に存在する被処理体2の表面積の合計が多いほど,エンリッチガスの最大供給流量を多くするようにしても良い。この場合,被処理体2の表面積が少ないときに,浸炭深さが深くなりすぎることを防止できる。また,酸素センサ101,102,103の検出値に基づくCPの信頼性を向上させることができるので,CPを確実に制御することができるようになる。また,エンリッチガスの消費量を低減でき,省コストを図ることができる。
The maximum supply flow rate of the enriched gas is normally set based on the state in which the maximum number of
図5に示す例では,熱処理炉3内に被処理体2が1個しか存在しないときは,供給路52,53,55からのエンリッチガスの最大供給流量をそれぞれ1L/minにし,熱処理炉3内に存在する被処理体2の個数に比例して,エンリッチガスの最大供給流量を増加させ,熱処理炉3内に被処理体2が13個存在しているとき,即ち,熱処理炉3内に収納できる最大個数の被処理体2が存在しているときは,供給路52,53,55からのエンリッチガスの最大供給流量をそれぞれ4L/minにするようになっている。なお,エンリッチガスの供給流量は,流量調整弁62,63,65の開度に比例し,流量調整弁62,63,65の開度が100%であるとき,エンリッチガスの供給流量が4L/minであり,例えば流量調整弁62,63,65の開度が25%のときは,エンリッチガスの供給流量が25%(1L/min)になるように構成されている。
In the example shown in FIG. 5, when there is only one
また,シーケンサ120は,熱処理炉3に対して搬入出した被処理体2の数から,熱処理炉3内に存在している被処理体2の個数を把握しており,その個数に応じて,流量調整弁62,63,65の開度を調整するための調節器68の出力信号に対して,出力リミットを設定する機能を有する。そして,シーケンサ120から調節器68に対して,該出力リミットが送信されるようになっている。
In addition, the
調節器68の出力リミットが設定されていない状態では,流量調整弁62,63,65の開度は,調節器68からの出力に比例して増加し,調節器68の出力が100%のとき,流量調整弁62,63,65の開度が100%になるように設定されている。調節器68の出力リミットが例えば50%に設定されると,調節器68で計算された出力が50%以下のときは,計算されたとおりの出力が送信されるが,調節器68で計算された出力が50%を超えるときは,50%の出力が送信されるようになっている。従って,流量調整弁62,63,65の開度が50%以下の範囲に抑えられるようになっている。同様に,調節器68の出力リミットが例えば25%に設定された場合は,調節器68の出力が25%以下に設定され,流量調整弁62,63,65の開度が25%以下に設定されるようになっている。
When the output limit of the
かかる構成において,例えば,浸炭処理装置1の稼動を開始させた直後など,未だ被処理体2が搬入されていないときは,シーケンサ120から調節器68に対して,出力リミットを25%にする命令が送信され,流量調整弁62,63,65の開度が25%より上昇しないようにする。即ち,エンリッチガスの最大供給流量が約1L/minに設定される。この状態でPID制御系105,106,107によるPID制御が行われ,CPが目標値(例えば浸炭室12,拡散室13,均熱室15においてそれぞれ約1.0%,0.8%,1.0%程度)になるように制御され,また,熱処理室3内の圧力が例えば約8mmAq程度に調節される。
In such a configuration, for example, immediately after the operation of the
このように雰囲気が調整された熱処理炉3に最初の被処理体2が搬入され,処理が開始される。次に,2個目の被処理体2を熱処理炉3に搬入したら,出力リミットを上昇させ,エンリッチガスの最大供給流量を上昇させる。この状態でPID制御系105,106,107によるPID制御が行われ,CPが目標値(例えば浸炭室12,拡散室13,均熱室15においてそれぞれ約1.0%,0.8%,1.0%程度)になるように制御される。また,熱処理室3内の圧力は排気量の調節により,例えば約8mmAq程度に維持される。このように,熱処理炉3内に被処理体2が2個存在しているときは,エンリッチガスの最大供給流量を増加させることにより,供給可能な炭素の量を増加させることができる。従って,各被処理体2に十分に浸炭させることができる。
In this way, the first object to be processed 2 is carried into the heat treatment furnace 3 whose atmosphere is adjusted, and the processing is started. Next, when the second object to be processed 2 is carried into the heat treatment furnace 3, the output limit is increased and the maximum supply flow rate of the enriched gas is increased. In this state, PID control is performed by the
こうして,熱処理炉3内に搬入した被処理体2の数が増加するたびに,調節器68の出力リミットを上昇させ,エンリッチガスの最大供給流量を多くしていく。そして,熱処理炉3内の被処理体2の個数が最大(13個)になったら,調節器68の出力リミットが解除されるようになっている。また,例えば浸炭処理装置1の稼動を終了させるときなど,新たな被処理体2の搬入を停止させ,熱処理炉3から被処理体2の個数が減少していくときは,被処理体2の個数に応じてエンリッチガスの最大供給流量を減少させていく。このように,エンリッチガスの最大供給流量を,熱処理炉3内に存在する被処理体2の個数,即ち,熱処理炉3内に存在する被処理体2の表面積に応じて変化させることにより,雰囲気中の炭素の量を多すぎない量に調節することができるので,浸炭深さを適切にすることができる。また,酸素センサ101,102,103の検出値に基づくCPの信頼性,及び,CPの制御の信頼性を向上させることができる。
Thus, every time the number of objects to be processed 2 carried into the heat treatment furnace 3 increases, the output limit of the
なお,上記の実施形態では,熱処理炉3内の被処理体2の個数に応じてエンリッチガスの最大供給流量を多くするようにしたが,例えば被処理体2の大きさが大きいほど,即ち,熱処理炉3内に存在する被処理体2の表面積に応じて,エンリッチガスの最大供給流量を多くするようにしても良い。
In the above embodiment, the maximum supply flow rate of the enriched gas is increased according to the number of the objects to be processed 2 in the heat treatment furnace 3, but for example, the larger the size of the object to be processed 2, that is, The maximum supply flow rate of the enriched gas may be increased according to the surface area of the
1 浸炭処理装置
2 被処理体
3 熱処理炉
5 搬入室
6 油槽室
21 搬入室の入口
31 熱処理炉の搬入口
33 熱処理炉の搬出口
68 調節器
105,106,107 PID制御系
116 油槽室の出口
DESCRIPTION OF
Claims (9)
炉内のカーボンポテンシャルに基づいて前記エンリッチガスの供給流量を操作することにより,カーボンポテンシャルをフィードバック制御し,
炉の開口を開いているとき,及び,炉の開口を閉じてから炉内のカーボンポテンシャルが目標値になるまでまたは所定時間の間は,前記フィードバック制御を停止させ,前記フィードバック制御を停止させる直前におけるエンリッチガスの供給流量を維持し,
炉の開口を閉じてから炉内のカーボンポテンシャルが目標値になったらまたは所定時間が経過したら,前記フィードバック制御を行うことを特徴とする,熱処理方法。 A heat treatment method of supplying an enriched gas into a furnace and heat-treating an object to be treated in the furnace,
By controlling the supply flow of the enriched gas based on the carbon potential in the furnace, the carbon potential is feedback controlled,
When the furnace opening is open and until the carbon potential in the furnace reaches the target value after closing the furnace opening or for a predetermined time, immediately before stopping the feedback control. Maintain the supply flow of enriched gas at
A heat treatment method, wherein the feedback control is performed when the carbon potential in the furnace reaches a target value after a furnace opening is closed or when a predetermined time elapses.
前記炉の搬入口を閉じた状態で,前記炉の搬入口の外側に設けた搬入室の入口を開き,被処理体を搬入室に搬入し,
前記搬入室の入口を閉じた後,前記炉の搬入口を開いて被処理体を炉内に搬入することを特徴とする,請求項1に記載の熱処理方法。 The opening is a carry-in port for carrying the workpiece into the furnace,
With the furnace entrance closed, the entrance of the carry-in chamber provided outside the furnace entrance is opened, and the object to be processed is carried into the carry-in chamber.
2. The heat treatment method according to claim 1, wherein after the entrance of the carry-in chamber is closed, the carry-in entrance of the furnace is opened and the object to be treated is carried into the furnace.
前記炉の搬出口の外側に設けた油槽室の出口を閉じた状態で,前記炉の搬出口を開き,被処理体を前記油槽室に搬入し,
前記炉の搬出口を閉じた後,前記油槽室の出口を開いて被処理体を前記油槽室から搬出することを特徴とする,請求項1又は2に記載の熱処理方法。 The opening is a carry-out port for carrying out the workpiece from the furnace,
With the outlet of the oil tank chamber provided outside the furnace outlet being closed, the furnace outlet is opened, and the object to be processed is carried into the oil tank chamber,
3. The heat treatment method according to claim 1, wherein after closing the outlet of the furnace, the outlet of the oil tank chamber is opened and the object to be processed is carried out of the oil tank chamber.
炉内のカーボンポテンシャルに基づいて前記エンリッチガスの供給路に設けられた流量調整弁の開度を調節する調節器を備えるとともに,前記カーボンポテンシャルをフィードバック制御するフィードバック制御系が構成され,
前記調節器は,炉の開口を開いているとき,及び,炉の開口を閉じてから炉内のカーボンポテンシャルが目標値になるまでまたは所定時間の間は,前記調節器の調節を停止させ,炉の開口を閉じてから炉内のカーボンポテンシャルが目標値になったらまたは所定時間が経過したら,前記調節器の調節を行い,
前記流量調整弁は,前記調節器の調節を停止している間,前記調節器の調節を停止させる直前における開度を維持することを特徴とする,熱処理装置。 A heat treatment apparatus for supplying an enriched gas into a furnace and heat-treating an object to be treated in the furnace,
A controller for adjusting the opening of a flow rate adjustment valve provided in the supply path of the enriched gas based on the carbon potential in the furnace, and a feedback control system for feedback control of the carbon potential is configured;
The regulator stops the regulation of the regulator when the furnace opening is open and until the carbon potential in the furnace reaches a target value or after a predetermined time after the furnace opening is closed, When the carbon potential in the furnace reaches the target value after closing the furnace opening or when a predetermined time has elapsed, the controller is adjusted,
The flow rate adjusting valve maintains an opening degree immediately before stopping the adjustment of the regulator while the adjustment of the regulator is stopped.
前記炉の搬入口の外側に,搬入室を設けたことを特徴とする,請求項6に記載の熱処理装置。 The opening is a carry-in port for carrying the workpiece into the furnace,
The heat treatment apparatus according to claim 6, wherein a carry-in chamber is provided outside the carry-in port of the furnace.
前記炉の搬出口の外側に,油槽室を設けたことを特徴とする,請求項6又は7に記載の熱処理装置。 The opening is a carry-out port for carrying out the workpiece from the furnace,
The heat treatment apparatus according to claim 6 or 7, wherein an oil tank chamber is provided outside the carry-out port of the furnace.
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